DE102018132079A1

DE102018132079A1 - Diagonalventilatorrad hergestellt in einem Arbeitsgang

Info

Publication number: DE102018132079A1
Application number: DE102018132079.5A
Authority: DE
Inventors: Daniel GEBERT; Werner Haas; Tobias Sieger; Eugen Usselmann; Wolfgang Laufer
Original assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Priority date: 2017-12-13
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2019-06-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse (10), wobei das Gehäuse eine Deckscheibe (20) mit einer zylindrischen Wand (21) und eine zentrale Aufnahme (30) mit einer Nabe (31) zur Lagerung eines Ventilators mit einem Diagonalventilatorrad aufweist, wobei um die Nabe (30) mehrere dreidimensional gekrümmte Luftleitschaufeln (S) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleitschaufeln (S) materialschlüssig mit der zylindrischen Wand (21) verbunden sind und hierzu das Gehäuse (10) in einem Arbeitsschritt hergestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventilator, insbesondere ein Diagonalventilatorrad hergestellt in einem Arbeitsgang.
In diversen Anwendungen sind hohe Drehzahlen erforderlich, womit sich hohe Anforderungen an die mechanische Festigkeit der Schaufelräder eines Ventilators ergeben.
Ein Lüfter bzw. Ventilator enthält jeweils eine Mehrzahl von um eine Welle angeordnete Laufradflügel. An solche Laufradflügel sind hohe Anforderungen gestellt. Hinsichtlich ihrer dynamisch-mechanischen Eigenschaften sollen die Ventilatoren im Drehzahlbereich von hohen Drehzahlen arbeiten können. Somit treten am Propellerflügel im Betrieb durch Zentrifugalkräfte verursachte Zugspannungen und durch die Luftförderung erzeugte Biegespannungen auf.
Es ist bekannt, Ventilatorlaufräder aus faserverstärktem Kunststoff, bsp. aus glasfaserverstärktem Polyester oder Polyamid, im Laminierverfahren herzustellen. Dazu werden die Propollerflügel mehrteilig, vorzugsweise zweiteilig als jeweils untere und obere Halbschalen mittels Handlamination in Aussenformen gefertigt. Die beiden Halbschalen werden danach z. B. unter Ausbildung einer Hohlkammer mittels Kleben und Überlaminieren der Fügenaht zu einem Propellerffügel gefügt.
Diese Technik weist den Nachteil auf, dass die Wanddicken sowie der Fasergehalt durch die Handlamination nicht genau reproduzierbar sind. Die Folge sind Gewichtsunterschiede zwischen den einzelnen Propollerflügeln, was zu Unwuchten im Propeller führt, die wiederum durch aufwändige Massnahmen beseitigt werden müssen.
Weitere bekannte Verfahren betreffen das Herstellen mehrere Bauteile, die zu einem Ventilatorrad zusammengefügt werden. Besonders bei komplex geformten Ventilatorrädern ist es üblich diese aus einer Mehrzahl von weniger komplexen Einzelkomponenten zu fertigen und zu einer Baugruppe durch bekannte Montageverfahren zu einem Bauteil zusammen zu fügen. Diese bekannten Maßnahmen zeigen diverse Nachteile (Bauteilanzahl, Montageaufwand, hohe Montagekosten, Werkzeugvielfalt, ...), die es zu vermeiden gilt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannten Nachteile zu überwinden und eine Lösung zur Herstellung eines Ventilatorrads, insbesondere ein Radialventilatorrad bereitzustellen, die kostengünstig realisierbar ist und mit der sich verbesserte mechanische Eigenschaften erzielen lassen.
Diese Aufgabe wird durch folgende Maßnahmen gelöst, die bevorzugt auch kummulativ kombiniert werden können.
Eine erste Maßnahme ist die Lösung die Konstruktion des Gehäuses für den Ventiltor so zu gestalten, dass sich das Laufrad in einem einzigen Arbeitsschritt, nämlich einem Spritzgussverfahren einstückig herstellen lässt.
Eine weitere bevorzugte Maßnahme ist darin zu sehen, die Angusseite für den Anguss beim Spritzguss verdickt auszuführen.
Eine weitere konstruktive Verbesserung wird darin gesehen, dass die Leitschaufels mit möglichst großen Radien im Übergang an der Innenscheibe oder Bodenscheiben verbunden sind.
Erfindungsgemäß wird hierzu ein Gehäuse vorgeschlagen, wobei das Gehäuse eine Deckscheibe mit einer zylindrischen Wand und eine zentrale Aufnahme mit einer Nabe zur Lagerung eines Ventilators mit einem Diagonalventilatorrad aufweist, wobei um die Nabe mehrere dreidimensional gekrümmte Luftleitsschaufeln angeordnet sind und die Luftleitsschaufeln materialschlüssig mit der zylindrischen Wand verbunden sind und hierzu das Gehäuse in einem Arbeitsschritt hergestellt ist.
Besonders bevorzugt ist es, wenn das Gehäuse dabei insgesamt sowohl einstückig als auch einteilig ausgebildet ist.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn der eine Arbeitsschritt zur ein Spritzgussverfahren darstellt, bei dem von einer Angussseite (A) zu einer Waschbrettseite (W) das Gehäuse in einem Spritzvorgang in einem Spritzgusswerkzeug hergestellt wird. Weiter vorteilhaft ist es dabei, wenn angusseitig am Gehäuse eine Materialverdickung vorgesehen ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Luftleitschaufeln mit möglichst großen Radien im Übergang an der Innenwand der zylindrischen Wand verbunden sind.
Die zentrale Aufnahme des Gehäuses besitzt in einer günstigen Ausführungsform ferner einen Schaftboden und an der schaftseitig, somit an der zum Ventilatorrad zugewandten Seite ist dieser mit einer unsymmetrisch ausgeführten Rippung versehen, ausgebildet aus mehreren sternförmig angeordneten Stegen oder Rippen, die auch die Festigkeit des Ventilatorrads erhöhen. Durch die asymmetrische Anordnung der Stege hat sich ein günstiges Fließverhalten im Spritzgusswerkzeug gezeigt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die mehren Rippen in ihrer Anzahl ungleichmäßig gegenüber einer gedachten mittleren Trennlinie quer durch das Gehäuse diametral gegenüberliegend auf beiden Seiten der gedachten mittleren Trennlinie angeordnet sind, wobei bevorzugt auf einer ersten Seite (angussseitig) drei Rippen und auf der diametral gegenüberliegenden Seite (waschbrettseitig) zwei Rippen vorgesehen sind.
Mit Vorteil erfolgt die Herstellung so, dass angussseitig am Anguss und diametral gegenüberliegend (somit auf der Waschbrettseite W) einmal eine Verdickung und einmal ein Teilungssprung vorgesehen sind.
Ferner ist mit Vorteil vorgesehen, dass im Schaftboden zwei fensterartige Öffnungen in Bereichen ohne Rippung vorgesehen sind, d. h. zwischen den Rippen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass am Schaftboden eine zylindrische, um die Nabe herum verlaufende Wandung vorgesehen ist und die Luftleitschaufeln mit einem Verbindungsabschnitt an dieser Wandung einstückig und einteilig verbunden sind.
Bevorzugt ist dabei eine Ausgestaltung, bei der am Schaftboden ferner gebogene Rippen oder Stege vorgesehen sind, die zumindest abschnittsweise radial um die Nabe herum angeordnet sind und die zuvor beschriebenen radial angeordneten Rippen (die sternförmig angeordnet sind), vorzugsweise in etwa in deren Mitte bezogen auf deren Längserstreckung kreuzen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft das Herstellverfahren zum Herstellen eines wie zuvor beschriebenen Gehäuses in einem Arbeitsschritt im Spritzgussverfahren in einem Spritzgusswerkzeug.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines (in einem Arbeitsschritt) einstückig hergestellten Gehäuses zur Aufnahme eines Diagonalventilators,
2 eine perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels eines (in einem Arbeitsschritt) einstückig hergestellten Gehäuses gemäß 1 von der gegenüberliegenden Perspektive,
3 eine Aufsicht auf die Ansicht aus 2,
4 eine schematische Ansicht des Spritzgussverlaufes von der Angussseite bis zur Teilung an der Waschbrettseite und
5 eine perspektivische Ansicht des Gehäuses 10 mit einem eingesetzten Ventilator.

Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 5 näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale darstellen.
Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines (in einem Arbeitsschritt) einstückig hergestellten Gehäuses 10 zur Aufnahme eines Diagonalventilators, wie dies in der 5 zu erkennen ist.
Das Gehäuse 10 besitzt eine mit einer Öffnung 24 versehene Deckscheibe 20 mit einer zylindrischen Wand 21, die sich in einer Axialrichtung von der Deckscheibe 20 erstreckt. Die Deckscheibe hat hier ferner die Funktion als Flanschverbindung zu dienen, um mit einem Ventilator V, wie in der 5 gezeigt, in eine Montageverbindung gebracht zu werden. Hierzu besitzt die Deckscheibe 20 an den Ecken Flanschverbinder 26.
Ferner besitzt das Gehäuse 10 eine zentrale Aufnahme 30 mit einer Nabe 31 zur Lagerung eines Ventilators, der ein Diagonalventilatorrad aufweist. Die Nabe 31 ist hier als zylindrische geformte Hülse am Schaftboden 32 verbunden.
Um die Nabe 30 herum und beabstandet zu dieser sind mehrere dreidimensional gekrümmte Luftleitschaufeln S angeordnet. Diese Luftleitschaufeln S sind materialschlüssig mit der zylindrischen Wand 37 der zentralen Aufnahme 30 verbunden.
Die Prozessrichtung beim Spritzen ist gut aus der 4 ersichtlich, der schematisch den einen Arbeitsschritt im Spritzgussverfahren darstellen soll, wobei über einen Anguss von einer Angussseite A zu einer Waschbrettseite W das Gehäuse 10 in einem Spritzvorgang in einem Spritzgusswerkzeug hergestellt wird. Der Kanalverlauf im Bereich nach dem Abgang W zur Waschbrettseite des Spritzgusswerkzeugs ist gekrümmt ausgebildet.
Im Bereich des Anschlusses des Angusses an der Angussseite A findet sich somit angusseitig am Gehäuse 10 eine Materialverdickung 12, wie diese schematisch in der 2 angedeutet ist.
Die 3 stellt eine Aufsicht auf die Ansicht aus 2 dar. Die zentrale Aufnahme 30 des Gehäuses 10 besitzt einen Schaftboden 32 ausbildet und dieser besitzt schaftseitig, somit an der zum Ventilatorrad zugewandten Seite eine asymmetrisch ausgeführte Rippung aus Rippen R.
Es sind in dieser Ausführung mehrere (hier 5) sternförmig angeordneten Stege bzw. Rippen R vorgesehen. Diese mehren Rippen R sind in ihrer Position ungleichmäßig gegenüber einer gedachten mittleren Trennlinie T ausgerichtet. Im Schaftboden 32 sind ferner zwei fensterartige Öffnungen 36 in Bereichen ohne Rippung vorgesehen. Diese sind ebenfalls asymmetrisch gegenüber der Nabe 31 orientiert.
Am Schaftboden 32 sind ferner zwei gebogene (teilkreisförmige) Rippen R vorgesehen, die zumindest abschnittsweise radial um die Nabe 31 herum angeordnet sind und die radial angeordneten Rippen R und diese in etwa in deren Mitte bezogen auf deren Längserstreckung kreuzen und sich jeweils beidseitig endseitig bis zur zylindrischen Wandung 37 erstrecken.
Die Herstellung ist so ausgeführt, dass angussseitig am Anguss A und diametral gegenüberliegend (somit auf der Waschbrettseite W) einmal eine Verdickung und einmal ein Teilungssprung vorgesehen sind.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung gemäß den Figuren auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims

Gehäuse (10), wobei das Gehäuse eine Deckscheibe (20) mit einer zylindrischen Wand (21) und eine zentrale Aufnahme (30) mit einer Nabe (31) zur Lagerung eines Ventilators mit einem Diagonalventilatorrad aufweist, wobei um die Nabe (30) mehrere dreidimensional gekrümmte Luftleitschaufeln (S) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleitschaufeln (S) materialschlüssig mit der zylindrischen Wand (21) verbunden sind und hierzu das Gehäuse (10) in einem Arbeitsschritt hergestellt ist.
Gehäuse (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses sowohl einstückig als auch einteilig ausgebildet ist.
Gehäuse (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Arbeitsschritt zur ein Spritzgussverfahren darstellt, bei dem von einer Angussseite (A) zu einer Waschbrettseite (W) das Gehäuse (10) in einem Spritzvorgang in einem Spritzgusswerkzeug hergestellt wird.
Gehäuse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass angusseitig am Gehäuse (10) eine Materialverdickung (12) vorgesehen ist.
Gehäuse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleitschaufeln (S) mit Radien im Übergang an der Innenwand der zylindrischen Wand (21, 37) verbunden sind.
Gehäuse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Aufnahme (30) des Gehäuses einen Schaftboden (32) ausbildet und diese schaftseitig, somit an der zum Ventilatorrad zugewandten Seite mit einer unsymmetrisch ausgeführten Rippung versehen ist, ausgebildet aus sternförmig angeordneten mehreren Stegen oder Rippen (R), die die Festigkeit des Ventilatorrads erhöhen.
Gehäuse (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mehren Rippen (R) in ihrer Anzahl ungleichmäßig gegenüber einer gedachten mittleren Trennlinie (T) durch das Gehäuse (10) diametral gegenüberliegend auf beiden Seiten der gedachten mittleren Trennlinie (T) angeordnet sind, wobei bevorzugt auf einer ersten Seite (S1) drei Rippen (R) und auf der diametral gegenüberliegenden Seite (S2) zwei Rippen (R) vorgesehen sind.
Gehäuse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung so erfolgt, dass angussseitig am Anguss (A) und diametral gegenüberliegend (somit auf der Waschbrettseite W) einmal eine Verdickung und einmal ein Teilungssprung vorgesehen ist.
Gehäuse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schaftboden (32) zwei fensterartige Öffnungen in Bereichen ohne Rippung vorgesehen sind.
Gehäuse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Schaftboden (32) eine zylindrische, um die Nabe (31) herum verlaufende Wandung (37) vorgesehen ist und die Luftleitschaufeln (S) mit einem Verbindungsabschnitt (25) an der Wandung (34) einstückig verbunden sind.
Gehäuse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass am Schaftboden (32) gebogene Rippen (R) vorgesehen sind, die zumindest abschnittsweise radial um die Nabe (31) herum angeordnet sind und die radial angeordneten Rippen (R), vorzugsweise in etwa in deren Mitte bezogen auf deren Längserstreckung kreuzen.
Herstellverfahren zum Herstellen eines Gehäuses (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) in einem Arbeitsschritt im Spritzgussverfahren in einem Spritzgusswerkzeug hergestellt wurde.